kleines Technikmagazin
Motorentechnik
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Ventislverschleiß

Ablagerungen führen zum Abrieb an den Ventiltellern und Ventilsitzen.

( vorzeitiger Verschleiß )

Zylinderkopf

Starke Abkagerungen am Zylinderkopf und in den Auslasskanälen

 

Abgearbeites Ventil

 

Stark verschlissenes Ventil

im Abgasschacht

 

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Der Viertaktmotor im Sondergasbetrieb

Biogase, Deponiegase und Holzgas sind Kraftstoffe, die zunehmend an Bedeutung gewinnen, wobei die Gase aus nachwachsenden Rohstoffen volkswirtschaftlich besonders wichtig sind.

Vor etwa zwei Jahrzehnten hat man begonnen, die in alten stillgelegten Mülldeponien entstehenden Gase zu sammeln und in speziellen Kraftstationen in größeren Gasmotoren zu verbrennen und Stromgeneratoren zu betreiben. Mittlerweile sind diese Motoren jahrelang im Betrieb.

Man hat ausreichend Zeit gehabt, Erfahrungen, sowohl mit dem aggressiven Kraftstoff Deponiegas, als auch mit den Motoren zu gewinnen. Deponiegas kann zwar einen hohen Anteil an Methan haben, jedoch ist es stark mit anderen Substanzen verunreinigt, die erhebliche Störungen in den Verbrennungsmotoren hervorrufen können. Besonders aggressiv ist der Schwefel. Er kommt in Form von Schwefel-wasserstoff H2S vor. Weitere unerwünschte Bestandteile des Gases sind Chlor, Fluor, sowie diverse organische Siliziumverbindungen. Diese Siliziumverbindungen sind besonders unangenehm, weil nach der Ver-brennung Siliziumdioxyd SiO2 entsteht. Die schädlichen Bestandteile des Gases führen zu hohen Belastungen von gewissen Bauteilen, wovon die Gaswechselorgane , hauptsächlich die Auslassventile, davon betroffen sind. Durch die ständig wechselnde Gasqualität sind sie auch starken thermischen Belastungen ausgesetzt. Hinzu kommt, dass sich die im Gas vorhandenen organischen Siliziumverbindungen nach der Verbrennung im Motor als feiner Belag aus Siliziumdioxyd SiO2 niederschlagen. Dieser Belag besteht aus feinem Sand, der an den Ventilschäften haftet und für einen erhöhten Abrieb der schon thermisch stark belasteten Ventile beiträgt. Die Folge davon sind starke Ventilspielwanderungen,veränderte Steuerzeiten und Verbren-nungsabläufe.

Die Ablagerungen in den gezeigten Bildern bestehen hauptsächlich aus Siliziumdioxyd und Calciumsulfat ( Gibs ). Das Calciumsulfat welches durch einen hohen Schwefelanteil im Gas entsteht, setzt sich dabei als weiße Schicht über dem Siliziumdioxyd ab. In Verbin-dung mit Ölkohle wie im Bild unten kann es zur Glühzündung kommen und kapitale Motorschäden hervorrufen.

Nachteile des Viertaktmotors

Der komplizierte Aufbau von Viertaktmotoren ist mit vielen Nachteilen behaftet

Die zur Steuerung des Gaswechselvorganges erforderlichen Einzelteile ( Nockenwelle, Stößel, Stößelstangen, Kipphebel usw.) unterliegen einem starken Verschleiß und sind hohen thermischen Beanspruchungen ausgesetzt.Die mit komplizierter Mechanik aufgebauten Zylinderköpfe ( Einlass-, Auslassventile, Ventilführungen, Ventilsitzringe, Ventilfedern, Federteller usw.)erfordern einen großen Material- und  Fertigungsaufwand.Bei der Herstellung des Motorblockes sind aufwendige Fertigungs prozesse nötig ( Nocken-welllagerung, Lagerungen für die Übertragsorgane des Ventiltriebes, usw.) Großer Wartungsaufwand durch laufende Nachstellarbeiten zum Ausgleich der Ventilspielwanderung. Andere laufende Instandsetzungen und der zeitraubende Austausch der Zylinderköpfe sowie kurze Ölwechselinterwalle.
Dies alles zwingt zum Nachdenken. Um Blockheizkraftwerke wirklich wirtschaftlicher betreiben zu können, bedarf es neuer und einfacherer Technologien.Es sollen hier die komplizierten Viertaktmotoren mit den wesentlich einfacheren, modernen Zweitakt-Gasmotoren, den FICHT-Kurbelschlaufenmotoren, verglichen werden.

Beispiel

Die von einem Hersteller vorgegebenen Zylinderkopfwechselfristen von 12. 000 Betriebsstunden, entsprechend 500 Tagen, werden in den seltensten Fällen erreicht. Die wirklich erreichbaren Werte liegen bei 6 000 bis 9 000 Betriebsstunden, die 250 bis 375 Einsatztage bedeuten. Das Wechseln der Zylinderköpfe eines 8-oder 12-Zylindermotors ist eine umfangreiche Arbeit. Entsprechend lange Stillstandzeiten, erhöhte Material- und Personalkosten müssen in Kauf genommen werden. Abgesehen davon, kann natürlich während der Standzeiten kein Strom produziert und eingespeist werden. Es ist schon vorgekommen, dass stark verschlissene Ventilschäfte unverhofft abgerissen sind und kapitale Motorschäden verursacht haben. Ein anderes großes Problem sind die ständig in den 4-Taktmotoren anfallenden und äußerst negativ wirkenden Blow-By-Gase. Die in Bio- und Deponiegasen enthaltenen sauren Bestandteile, wie z.B. Schwefelwasserstoff H2S, Halogene, Chlor, Floure usw. gelangen in den Kurbelraum des Motors und schwächen laufend die alkalischen Reserven des Schmieröles. Je nach Zusammensetzung des Brenngases sind dann auch die Ölstandzeiten sehr unterschiedlich. Um mögliche Schäden durch eine chemische Korrosion rechtzeitig zu bemerken, müssen in der Regel periodisch während des Betriebes Ölproben entnommen und im Labor untersucht werden. Je nach dem Ergebnis muss dann das Schmieröl früher oder später gewechselt werden. In der Regel liegen die Ölwechselfristen dann meistens weit unter den vom Hersteller vorgegebenen Zeiten.Ein Hersteller legt den Ölwechsel bei 1 500 Betriebsstunden fest. Diese Zeit wird in der Praxis jedoch so gut wie nie erreicht.
Die Ölwechselfristen liegen eher, je nach Zusammensetzung des Gases bei 250 bis 1 000 Betriebsstunden.Wenn davon ausgegangen werden muss, dass bei einem Schmierölvolumen von 100 bis 150 Liter die Ölwechselfrist mit 500 Betriebsstunden, entsprechend 20 Tagen festgelegt wird, bedeuten diese reduzierten Fristen für den Betreiber der Anlage erhebliche Verluste.

Hinzu kommt die teure Entsorgung des Altöles.